液力變矩器評價指標及與發(fā)動機共同工作特性

1、液力變矩器評價指標反映液力變矩器主要特征的性能有如下一些：變矩性能，自動適應性能，經(jīng)濟性能（效率特性），負荷特性，透穿特性和容能特性。一、變矩性能變矩性能是指液力變矩器在一定范圍內，按一定規(guī)律無級地改變由泵輪軸傳 至渦輪軸的轉矩值的能力。變矩性能主要用無因次的變矩比特性曲線 K f（i）來 表小0作為評價液力變矩器變矩性能好壞的指標是如下兩種工況的K值：一是i=0時的變矩比值Ko ,通常稱之為起動變矩比（或失速變矩比）；二是變矩比 K=1 時的轉速比i值，以iM表示，通常稱作偶合器工況點的轉速比，它表示液力變矩 器增矩的工況范圍。一般認為Ko值和iM值大者，液力變矩器的變矩性能好。但實際上不可

2、能兩 個參數(shù)同時都高，一般Ko值高的液力變矩器，iM值小。因此，在比較兩個液力 變矩器的變矩性能時，應該在 Ko值大致相同的情況下，來比較iM值；或者在iM 近似相等的情況下，來比較Ko值。二、自動適應性自動適應性是指液力變矩器在發(fā)動機工況不變或變化很小情況下， 隨著外部 阻力的變化，在一定范圍內自動地改變渦輪軸上的輸出力矩 Mt和轉速nT ,并 處于穩(wěn)定工作狀態(tài)的能力。液力變矩器由于變矩性能均可獲得單值下降的Mt f（nQ的曲線，而具有自動適應性。自動適應性是液力變矩器最重要的性 能之一，因為利用液力變矩器的這一性能，就可以制造自動的液力機械變速箱。三、經(jīng)濟性能（或效率特性）經(jīng)濟性能是指液力

3、變矩器在傳遞能量過程中的效率。它可以用無因次效率特性f（i）來表示。一般評價液力變矩器經(jīng)濟性能有兩個指標： 最高效率值max和高效率區(qū)范圍 的寬度。后者一般用液力變矩器效率不低于某一數(shù)值（如對對工程機械取75%,對汽車取80%）時所對應的轉速比i的比值d 乜來表示。弓、i2ii分別為 不小于某一值的最低和最高轉速比。 通常認為，高效率范圍d越寬，最 高效率值max的值越高，則液力變矩器的經(jīng)濟性能越好。但實際上，對各種液力 變矩器來說，這兩個要求往往是矛盾的。四、負荷特性液力變矩器的負荷特性是指它以一定的規(guī)律對發(fā)動機施加負荷的性能。由于發(fā)動機與液力變矩器的泵輪相連，并驅動泵輪旋轉，因此，液力變矩

4、器 施加于發(fā)動機的負荷性能完全可由泵輪的轉矩變化特性決定。52M B B gD nB在工作油一定，有效直徑D一定時，液力變矩器在任一工況i時B gD5 c為 常數(shù)，因此，泵輪的轉矩 Mb與其轉速照的平方成正比。即2 M b cnB這是一條通過原點的拋物線，通常稱之為液力變矩器泵輪的負荷拋物線。負 荷拋物線比較清楚地表明隨著泵輪nB的不同所能施加于發(fā)動機的負荷。五、透穿性能液力變矩器的透穿性能是指液力變矩器渦輪軸上的轉矩和轉速變化時，泵輪軸上的扭轉和轉速相應變化的能力。當渦輪軸上轉矩變化時，泵輪負荷拋物線不變，泵輪的轉矩和轉速均不變， 稱這種變矩器具有不透穿的性能。當發(fā)動機與這種變矩器共同工作時

5、，不管外界 負荷如何變化，當油門一定時，發(fā)動機將始終在同一工況下工作。當渦輪軸上的轉矩變化時，泵輪負荷拋物線也變化，引起泵輪的轉矩和轉速 變化，稱這種變矩器具有透穿性。發(fā)動機與這種變矩器共同工作時，油門不變， 而外界負荷變化時，發(fā)動機工況也變化。透穿的液力變矩器根據(jù)透穿的情況不同， 可分為具有正透穿性的、負透穿性 （或反透穿性）的和混合透穿性的。液力變矩器是否透穿，什么性質的透穿，可以由b f（i）的曲線形狀來判斷。當B f曲線隨i增大而B單值下，負荷拋物線由i 0到i 1,按順時針 作扇形散布。當渦輪負荷增大，i減小時，泵輪上的負荷也增大，液力變矩器具 有正透穿性。當B f曲線隨i增大，而B

6、單值增大時，負荷拋物線由i 0到i 1,按 反時針作扇形散布。當渦輪負荷增大，i減小時，泵輪上的負荷減小，液力變矩 器具有負（反）透穿性。當b f曲線隨i增大，i先增大后減小時，負荷拋物線由i 0到i 1, 先逆時針后順時針展開。這種液力變矩器具有混合透穿性。當b f曲線隨i增大是一條平直線時，負荷拋物線在不同工況時均為一條線。在實際上，可能是一發(fā)布很窄的一組拋物線。這種變矩器為不透穿的。車輛上所應用的液力變矩器具有正透穿、 不透穿和混合透穿的特性。由于負 （反）透穿特性的液力變矩器，使車輛的經(jīng)濟性和動力性變壞，因此在車輛上不 用?？赏复┮毫ψ兙仄鞯耐复┏潭?，以透穿性系數(shù)來評價。常用的透穿性系

7、數(shù)的 計算公式如下：式中 就一一起動工況（i 0）下泵輪軸上的轉矩系數(shù);如一一偶合器工況（i iM,K 1）點泵輪軸上的轉矩系數(shù)。當T 1液力變矩器具有正透穿特性。當T 1液力變矩器具有不透穿特性。當T 1液力變矩器具有負（反）透穿特性。當T 1時，液力變矩器是完全不可透穿的。但實際上這種液力變矩器是不 存在的。一般T 0.91.2就可認為是不透穿的液力變矩器。當 T 1.6時，液力 變矩器可認為是具有正透穿性的。在液力變矩器的設計時，為了方便，有時透穿系數(shù)應用如下公式：T %。I*k 、 *，,、 . . 一 、式中 為最大效率工況時泵輪的轉矩系數(shù)。六、液力變矩器的容能性能液力變矩器的容能性

8、能是指在不同工況下，液力變矩器由泵輪軸所能吸收功 率的能力。對于兩個尺寸D相同的液力變矩器，容能量大的液力變矩器傳遞的功率大。液力變矩器的容能性能可以用功率系數(shù)PB f（i）來評價。由于功率系數(shù)pbPb5 3 gD Ab而PB嫌,所以B9549M BnBpb739549 p gDnB功率系數(shù)pb與轉矩系數(shù)B具有一定的比例關系。因此，液力變矩器的容能量也可以用轉矩系數(shù) B=f的數(shù)值來評價。轉矩系數(shù)b越大，則液力變矩器的容能量也越大，在相同的尺寸，工作液體和泵輪轉速下，能夠傳遞更大的功率。幾種典型工況是：起動工況，最高效率工況，高效區(qū)工況和偶合器的工況。 在這些工況下獲得的具體評價參數(shù)是：1 .起

9、動工況：i 0;0o在此工況下能夠作為評價的參數(shù)是起動變矩比Ko和轉矩系數(shù)B0。2 .最高效率工況：max,可作為評價指標的參數(shù)。止匕外，尚包括轉速比i*值，以及此工況下的轉矩系數(shù) ；o3 .高效區(qū)工況：限定在此區(qū)域內工作的效率值 高于75%80%,相應此 效率時，可以得到兩個最大和最小的變矩比 K值和兩個對應的轉速比i值。取作 評價指標的參數(shù)是高效區(qū)的最大變矩比 Ki,以及高效區(qū)最大和最小轉速比i2和ii 的比值d匕。ii4.偶合器工況：K 1, Ki i 一般取此時的轉速比i iM作為評價參數(shù)。 另外，轉矩系數(shù)值b也是一個評價參數(shù)。因此，全面評價一個液力變矩器的參數(shù)共有十個，即Ko、K1

10、> max、i*、d、iM、 B0、 B、 BM和T。這些參數(shù)雖然都可作為獨立評價液力變矩器一種性能的指標，但有些參數(shù)是彼此相互有關的。例如:B0Ki等。液力變矩器與發(fā)動機共同工作的傳動特性共同工作的輸入特性一、發(fā)動機與液力變矩器共同工作的輸入特性定義發(fā)動機與液力變矩器共同工作的輸入特性是指液力變矩器不同傳動比時，變矩器與發(fā)動機共同工作的轉矩和轉速的變化特性。它是研究發(fā)動機與液力變矩器 匹配的基礎，也是研究發(fā)動機與液力變矩器共同工作輸出特性的基礎。二、共同工作輸入特性的確定1 .需要下列已知條件：(1)液力變矩器的原始特性及發(fā)動機的凈轉矩外特性。(2)工作液體的密度 和液力變矩器的有效直

11、徑D。2 .確定步驟：(1) 在液力變矩器的原始特性曲線圖上，給定若干液力變矩器的工況(即轉速 比i)。對于普通的單級液力變矩器，可選擇起動工況i 0;高效區(qū)的轉速比(等 于7580%) ii和i2；最高效率工況i*和最大轉速比工況(空載工況)溫*等。對 綜合式液力變矩器應增加液力變矩器轉入偶合器工作時的轉速比 iM 0(2) 根據(jù)給定的轉速比i ,由液力變矩器原始特性曲線的轉矩系數(shù)B f(i)曲線分別定出轉矩系數(shù)值 B0、 Bi、 B、 B2、 BM和Bmax等。為了作圖精確，可以根據(jù)需要增加轉速比i的數(shù)目，并確定相應的 B的數(shù)值。(3) 根據(jù)所確定的不同i時的轉矩系數(shù)值及液力變矩器的有效直

12、徑D,應用液力變矩器泵輪的轉矩計算公式Tbg BnB2D5,計算并繪制液力變矩器泵輪的負荷拋物線。當工作液體選定后，為已知的數(shù)值。因此，在某個i時,D均為常數(shù)，于是Mb可寫為R .2M b cnB式中，c gD5 b,是一個隨i不同而變化的系數(shù)。當b隨i的變化規(guī)律不同時，即液力變矩器的透穿性不同時，將得到一條或一組負荷拋物線。(4) 將發(fā)動機的凈轉矩外特性與液力變矩器的負荷拋物線，以相同的坐標比 例繪制在一起，即得發(fā)動機與液力變矩器共同工作的輸入特性。三、發(fā)動機與變矩器共同工作輸入特性匹配分析1 .共同工作的穩(wěn)定點負荷拋物線與發(fā)動機轉矩外特性的一系列交點就是最大油門開度時，發(fā)動機與液力變矩器共

13、同工作的穩(wěn)定點。其對應的轉速和轉矩為共同工作時發(fā)動機與泵 輪軸的轉速和傳遞的轉矩。2 .共同工作的范圍由最小轉矩系數(shù)和最大轉矩系數(shù)所確定的兩條負荷拋物線所截取的轉矩外特性的曲線部分，即為處于發(fā)動機外特性下工作，兩者共同工作的范圍。由最小轉矩系數(shù)和最大轉矩系數(shù)所確定的兩條負荷拋物線與轉矩部分特性 的交點所確定的曲線范圍，為在發(fā)動機部分供油時，發(fā)動機與液力變矩器共同工 作的范圍。3 .理想匹配1）在液力變矩器的整個工作范圍內，應能充分利用發(fā)動機的最大有效功率，因 為功率利用率高，就能保證車輛有較高的平均速度。最高效率點工況對應的負荷 拋物線，最好通過發(fā)動機的最大功率點。高效區(qū)所對應的速比在最大功率

14、點附近， 充分利用發(fā)動機的最大凈功率。2）為使車輛在起步工況或爬最大坡度的工況下能夠獲得最大的輸出轉矩，希望 液力變矩器在低轉速比時的負荷拋物線 （特別是i 0時的負荷拋物線）能通過發(fā) 動機的最大轉矩點。3）為使車輛具有良好的燃料經(jīng)濟性，希望共同工作的整個范圍能夠在發(fā)動機的比燃料消耗量最低值gemin的工況附近。這樣就可以使車輛的燃料消耗量較小。4 .不同透穿性的變矩器與發(fā)動機匹配特性影響共同工作范圍寬度的主要因素是液力變矩器的透穿性。具有不透穿、正透穿、負透穿、混合透穿性的液力變矩器與發(fā)動機共同工作的特性形狀見幻燈片。如果高效區(qū)范圍相同，共同工作時所獲的高效區(qū)工作范圍以正透穿的最大、 負透穿

15、的最小、不透穿居中。四、改善發(fā)動機與變矩器匹配的方法1 .調整有效直徑D在液力變矩器型式一定的情況下，調整有效直徑D來改變共同工作的輸入特性。由圖4-4可以看出，當有效直徑增大時，即 D D',整個工作范圍向左方移 動；當有效直徑減小時，整個工作范圍向右方移動。因此，可以根據(jù)使用的要求， 選擇液力變矩器的不同有效直徑，來達到較好的匹配性能。2 .在發(fā)動機和變矩器間安裝中間傳動發(fā)動機經(jīng)過中間傳動后，輸出的轉矩和轉速發(fā)生變化，轉矩 M MeieB；轉速n ne/ieB。當ieB 1時，輸出的轉矩增大，轉速降低，即轉矩外特性曲線向左上方移動，相對地，共同工作范圍向右下方移功；當ieB 1時，

16、輸出的轉矩降低， 轉速增大，即轉矩外特性曲線向右下方移動，相對地，共同工作范圍向左上方移 動。因此，通過調整中間傳動的傳動比ieB,可達到較好的匹配性能。共同工作的輸出特性一、發(fā)動機與液力變矩器共同工作的輸出特性定義共同工作的輸出特性，是指發(fā)動機與液力變矩器共同工作時，輸出轉矩 Mt ,輸出功率 Pt,每小時燃料消耗量Gt和比燃料消耗量geT和發(fā)動機（泵輪）轉速0等與渦輪軸轉速nT之間的關系。當發(fā)動機與液力變矩器組合后，具輸出特性與發(fā)動機特性完全不同了， 如同 形成一種新的動力裝置。發(fā)動機和液力變矩器共同工作的輸出特性是進行液力傳 動車輛牽引計算的基礎。二、共同工作輸出特性的確定1.需要下列已

17、知條件：(1)液力變矩器的原始特性。(2)發(fā)動機與變矩器共同工作的輸入特性。2.確定步驟：(1) 根據(jù)共同工作的輸入特性，確定在不同轉速比i時，液力變矩器負荷拋物線與發(fā)動機轉矩外特性相交點的轉矩 M b和轉速nB ,由發(fā)動機的外特性上，確定 對應的每小時燃料消耗量Gt或比燃料消耗量geo 一般選擇卜、ii、i、i2、iM和 imax等有代表性的工況，但為了作圖準確，也可以多選一些工況。(2) 根據(jù)選定的傳動比i值，在液力變矩器原始特性曲線上，確定對應的變矩比K值和效率值。(3) 根據(jù)選定的傳動比i及此傳動比時負荷拋物線與發(fā)動機外特性交點的轉速nB值，計算渦輪轉速。nTinB根據(jù)有關公式，分別計

18、算在上述渦輪轉速下的有關參數(shù)：乂1、61和9門Mt KM bPtPbTBnB9549Gt根據(jù)對應的轉速在動機外特性上確定geTGt百將上述計算所得數(shù)據(jù)列表，并以渦輪轉速為橫坐標，其他參數(shù)為縱坐標，進 行繪圖，即得發(fā)動機與液力變矩器共同工作的輸出特性，見幻燈片。三、發(fā)動機與變矩器共同工作輸出特性匹配分析1 .理想的共同工作輸出特性(1)在高效區(qū)工作范圍或整個工作范圍內，應保證獲得最高的平均輸出功率、 較低的平均油耗量。(2)高效區(qū)的工作范圍應較寬。(3)起動工況輸出轉矩越大越好。當發(fā)動機功率一定時，共同工作輸出特性的好壞，取決于發(fā)動機調速器的型 式、液力變矩器的尺寸和原始特性以及共同工作的輸入特

19、性。2 .發(fā)動機串聯(lián)變矩器后優(yōu)點(1)擴大了發(fā)動機工作的范圍。(2)共同工作后的適應性系數(shù)遠比發(fā)動機適應性系數(shù)高。(3)大大提高發(fā)動機可以穩(wěn)定工作的轉速范圍。缺點：效率低、比燃料消耗量上升。四、液力變矩器有效直徑的確定工作輪內環(huán)與外環(huán)兩個回轉曲面之間的整個空間為工作腔， 循環(huán)圓是工作腔的 軸截面之一。循環(huán)圓的最大直徑定義為有效直徑 D以變矩器最高效率時的傳動比來傳遞發(fā)動機最大凈功率Mej2B gnB式中Tej 最大凈功率所對應的轉矩。1.發(fā)動機到液力變矩器的傳動比匹配(1) M ej eBi eB B 9 () Di eBieB25B gneDMej eB（已知D確定ieB）對于坦克裝甲車輛，

20、為縮小尺寸和減輕重量，希望以較小尺寸的液力變矩器來傳遞大功率柴油機的最大凈功率。因此，往往在發(fā)動機和液力變矩器間采用增 速傳動，提高液力變矩器的泵輪轉速。但是泵輪轉速提高后，必須從強度上考慮 泵輪的最大切線速度是否超過材料容許的極限。止匕外，還必須考慮泵輪轉速提高 后，為了防止汽蝕應相應提高補償壓力，同時油壓增大后要考慮到各種密封的可 靠性。泵輪轉速也不能過高，否則會由于工作液體流速過大，易產(chǎn)生渦漩，損失 增大，將使液力變矩器性能惡化。（2）有效直徑2M ej eB eB.D 5 j2-（已知 ieB 確定 D）,B 9%如果發(fā)動機和變矩器之間采用減速傳動,ieB>1,則液力變矩器的有效直徑D要比直接相連時大；反之，若采用增速傳動,ieB<1,則液